Ёсць пытанні, якія мы задавалі альбо спрабавалі на іх адказаць: чаму неба сіняе, колькі зорак на небасхіле, хто мацнейшы — белая акула ці касатка і г.д. А ёсць пытанні, якія мы не задавалі, але адказ ад гэтага менш цікавым не робіцца. Да такіх пытанняў можна аднесці наступны - што такога важнага вырашылі даследаваць навукоўцы з Лундскага (Швецыя), Вітватэрсрандскага (ПАР), Стакгольмскага (Швецыя) і Вюрцбургскага (Германія) універсітэтаў разам узятых? Мусіць, гэта нешта вельмі важнае, вельмі складанае і неверагодна карыснае. Ну, наконт гэтага адназначна сказаць складана, але гэта сапраўды вельмі займальна, а менавіта - як арыентуюцца ў прасторы жукі-гнаявікі. На першы погляд тут усё трывіяльна, але наш свет поўны рэчаў, якія не так простыя як здаюцца і жукі-гнаявікі таму пацвярджэнне. Такім чынам, што такога ўнікальнага ў навігацыйнай сістэме жука-гнаявіка, як навукоўцы гэта праверылі і пры чым тут канкурэнцыя? На гэтыя і іншыя пытанні мы знойдзем адказы ў дакладзе даследчай групы. Паехалі.
Галоўны герой
У першую чаргу варта пазнаёміцца з галоўным героем гэтага даследавання. Ён моцны, працавіты, настойлівы, прыгожы і клапатлівы. Ён - гнаявой жук з надсямейства скарабеоідных.
Жукі-гнаявікі атрымалі сваё не вельмі прывабнае імя з прычыны сваіх гастранамічных пераваг. З аднаго боку гэта трохі агідна, але для жука-гнаявіка гэта выдатная крыніца пажыўных рэчываў, ад чаго большасць выглядаў гэтага сямейства не патрабуюцца ў іншых крыніцах ежы і нават воды. Адзіным выключэннем з'яўляецца выгляд Deltochilum valgum, прадстаўнікі якога любяць паласавацца шматножкамі.
Распаўсюджанасці жукоў-гнаявік можа пазайздросціць большасць іншых жывых істот, бо яны насяляюць на ўсіх кантынентах, акрамя Антарктыды. Арэал пасялення вар'іруецца ад прахалодных лясоў да гарачых пустыняў. Відавочна, што вялікая колькасць жукоў-гнаявік прасцей сустрэць у месцах пасялення жывёл, якія з'яўляюцца «заводамі» па вытворчасці іх ежы. Жукі-гнаявікі аддаюць перавагу запасіцца ежай на будучыню.
Невялікі ролік пра жукоў-гнаявік і складанасці іх ладу жыцця (BBC, Дэвід Атэнбора).
Розныя віды жукоў валодаюць сваімі паводніцкімі адаптацыйнымі асаблівасцямі. Адны фармуюць з гною шарыкі, якія коцяць ад месца збору і закопваюць у нару. Іншыя капаюць тунэлі пад зямлёй, запаўняючы іх ежай. А трэція, якія ведаюць прымаўку аб Магамеце і горы, проста жывуць у купках гною.
Запасы ежы важныя для жука, але не гэтулькі па чынніках самазахавання, колькі па чынніках клопату аб будучыні нашчадстве. Справа ў тым, што лічынкі жукоў-гнаявік жывуць у тым, што іх бацька сабраў раней. І чым больш гною, гэта значыць ежы для лічынак, тым большая верагоднасць, што яны выжывуць.
Натыкнуўся на такую фармулёўку падчас збору інфармацыі, і гучыць яна неяк не вельмі, асабліва апошняя частка:…Самцы змагаюцца за самак, упіраючыся нагамі аб сценкі тунэля, а рагападобнымі вырастамі пхаючы суперніка… Некаторыя самцы не валодаюць рагамі і таму не ўступаюць у сутычку, але валодаюць буйнейшымі палавымі залозамі і вартуюць самку ў суседнім тунэлі…
Што ж, ад лірыкі пяройдзем непасрэдна да самога даследавання.
Як я ўжо згадваў раней, некаторыя віды жукоў-гнаявік фармуюць шарыкі і коцяць іх па прамой лініі, не звяртаючы ўвагі на якасць і складанасць абранага маршруту, у нару для захоўвання. Менавіта з такімі паводзінамі гэтых жукоў мы лепш за ўсё знаёмыя дзякуючы шматлікім дакументальным фільмам. Таксама нам вядома, што апроч сілы (некаторыя выгляды могуць падняць вагу ў 1000 разоў які перавышае іх уласны), гастранамічных пераваг і клапатлівасці аб нашчадстве, жукі-гнаявікі выдатна арыентуюцца ў прасторы. Больш за тое, яны з'яўляюцца адзінымі казуркамі, якія здольныя арыентавацца ўначы па зорках.
У Паўднёвай Афрыцы (месца правядзення назіранняў) жук-гнаявік, знайшоўшы «здабычу», фармуе шарык і пачынае каціць яго па прамой лініі ў выпадковым кірунку, галоўнае далей ад канкурэнтаў, якія не пасаромеюцца адабраць у яго здабытую ежу. Такім чынам, каб уцёкі былі эфектыўныя, трэба рухацца ў адным і тым жа кірунку ўвесь час, не збіваючыся з курса.
Сонца з'яўляецца асноўным арыенцірам, як мы ўжо ведаем, але ён не самы надзейны. Вышыня сонца мяняецца на працягу дня, ад чаго дакладнасць арыентавання зніжаецца. Чаму ж жукі не пачынаюць намотваць кругі, блытацца ў напрамку і спраўджвацца з картай кожныя 2 хвіліны? Лагічна меркаваць, што сонца не з'яўляецца адзінай крыніцай інфармацыі для арыентавання ў прасторы. І тут навукоўцы выказалі здагадку, што другім арыенцірам для жукоў служыць вецер, дакладней яго кірунак. Гэта не ўнікальная асаблівасць, бо мурашкі і нават прусакі здольныя выкарыстоўваць вецер для пошуку шляху.
У сваёй працы навукоўцы вырашылі праверыць як жукі-гнаявікі выкарыстоўваюць гэтую мультымадальную сэнсарную інфармацыю, калі яны аддаюць перавагу арыентавацца па сонцы, а калі па кірунку ветра, і ці выкарыстоўваюць яны абодва варыянту адначасова. Былі праведзены назіранні і вымярэнні ў натуральным асяроддзі пасялення падыспытных, а таксама ў змадэляваных кантраляваных лабараторных умовах.
вынікі даследавання
У дадзеным даследаванні ролю галоўнага падыспытнага згуляў жук выгляду Scarabaeus lamarcki, а назіранні ў натуральным асяроддзі праводзіліся на тэрыторыі фермы «Stonehenge», што недалёка Ёханэсбурга (ПАР).
Малюнак №1: змены хуткасці ветру на працягу сутак (А), змены кірунку ветру на працягу сутак (В).
Былі праведзены папярэднія вымярэнні скорасці і напрамкі ветру. Уначы хуткасць была самай нізкай (<0,5 м/з), але бліжэй да світання падвышалася, дасягаючы сутачнага піка (3 м/з) у перыяд з 11:00 да 13:00 (вышыня сонца ~70°).
Паказчыкі хуткасці характэрныя тым, што перавышаюць парог у 0,15 м/с, неабходны для менатаксічнай арыентацыі гнаявых жукоў. Пры гэтым пік хуткасці ветра супадае па часе сутак з пікам актыўнасці жукоў Scarabaeus lamarcki.
Жукі коцяць сваю здабычу па прамой лініі ад месца збору на дастаткова вялікую адлегласць. У сярэднім на ўвесь маршрут ідзе 6.1±3.8 хвіліны. Такім чынам, на працягу гэтага адрэзка часу яны павінны выконваць маршрут максімальна дакладна.
Калі ж казаць аб кірунку ветра, то ў перыяд максімальнай актыўнасці жукоў (з 06:30 да 18:30) сярэдняя змена кірунку ветра на працягу часавага адрэзка ў 6 хвілін складае не больш за 27.0 °.
Аб'ядноўваючы дадзеныя па хуткасці і кірунку ветра на працягу дня, навукоўцы лічаць, што падобных умоў надвор'я дастаткова для мультымадальнага арыентавання жукоў.
Выява №2
Нетутэйша час назіранняў. Каб праверыць магчымы ўплыў ветра на характарыстыкі арыентацыі гнаявых жукоў у прасторы, была створана круглая "арэна", у цэнтры якой знаходзілася ежа. Жукі маглі вольна каціць сфармаваныя імі шарыкі ў любым кірунку ад цэнтра пры наяўнасці кантраляванага стабільнага паветранага струменя хуткасцю 3 м/з. Дадзеныя тэсты праводзіліся ў ясныя дні, калі вышыня сонца вар'іравалася на працягу дня наступным чынам: ≥ 75 ° (высокая), 45-60 ° (сярэдняя) і 15-30 ° (нізкая).
Змены паветранага струменя і становішчы сонца могуць змяняцца на 180 ° паміж двума заходамі жука.2А). Варта ўлічыць і той факт, што на склероз жукі не пакутуюць, а таму пасля першага заходу запамінаюць абраны імі маршрут. Ведаючы гэта, навукоўцы ўлічваюць змены кута выхаду з арэны падчас наступнага заходу жука як адзін з паказчыкаў паспяховасці арыентавання.
Пры вышыні сонца ≥75 ° (высокая) змены азімуце ў адказ на змяненне напрамкі ветру на 180 ° паміж першым і другім заходамі былі згрупаваны каля 180 ° (P <0,001, V-тэст) з сярэдняй зменай 166.9 ± 79.3 ° (2B). Пры гэтым змена становішча сонца (было выкарыстана люстэрка) на 180 ° выклікала малапрыкметную рэакцыю 13,7 ± 89,1 ° (ніжні круг на 2B).
Цікаўна, што пры сярэдняй і нізкай вышыні сонца жукі прытрымліваліся сваіх маршрутаў, нягледзячы на змены кірунку ветра - сярэдняя вышыня: -15,9 ± 40,2 °; P < 0,001; нізкая вышыня: 7,1 ± 37,6 °, P <0,001 (2C и 2D). А вось змены кірунку сонечных прамянёў на 180 ° мела зваротную рэакцыю, гэта значыць радыкальнае змяненне кірунку маршруту жука - сярэдняя вышыня: 153,9 ± 83,3 °; нізкая вышыня: -162 ± 69,4 °; P <0,001 (ніжнія колы на 2А, 2С и 2D).
Магчыма на арыентаванне ўплывае не сам вецер, а пахі. Для праверкі гэтага другой групе падыспытных жукоў былі выдаленыя дыстальныя сегменты вусікаў, якія адказваюць за нюх. Змены маршруту ў адказ на змену кірунку ветра на 180 °, прадэманстраваныя гэтымі жукамі, усё яшчэ былі значна згрупаваны вакол 180 °. Іншымі словамі, розніцы ў ступені арыентавання ў жукоў з і без нюху практычна няма.
Прамежкавы вывад заключаецца ў тым, што гнаявыя жукі выкарыстоўваюць у сваім арыентаванні сонца і вецер. Пры гэтым у кантраляваных лабараторных умовах было ўстаноўлена, што ветравы компас пераважае над сонечным у выпадку вялікіх вышынь сонца, але сітуацыя пачынае мяняцца, калі сонца набліжаецца да гарызонту.
Гэта назіранне паказвае на тое, што мае месца дынамічная мультымадальная компасная сістэма, у якой узаемадзеянне паміж двума мадальнасцямі змяняецца ў адпаведнасці з сэнсарнай інфармацыяй. Гэта значыць жук арыентуецца ў любы час сутак, належачы на самую надзейную крыніцу інфармацыі ў дадзены пэўны момант (сонца нізка - арыенцір сонца; сонца высока - арыенцір вецер).
Далей навукоўцы вырашылі праверыць ці дапамагае вецер у арыентаванні жукоў ці не. Для гэтага была падрыхтавана арэна дыяметрам 1 м з ежай у цэнтры. Усяго жукі ажыццявілі 20 заходаў пры высокім становішчы сонца: 10 з ветрам і 10 без ветра (2F).
Як і чакалася, наяўнасць ветра павялічвала дакладнасці арыентавання жукоў. Адзначаецца, што ў ранніх назіраннях за дакладнасцю сонечнага компаса змена азімуце паміж двума паслядоўнымі заходамі павялічваецца ўдвая пры высокім становішчы сонца (> 75 °) у параўнанні з больш нізкім становішчам (<60 °).
Такім чынам, мы зразумелі, што вецер гуляе важную ролю ў арыентаванні жукоў-гнаявік, кампенсуючы недакладнасці сонечнага компаса. Але як жук збірае інфармацыю аб хуткасці і напрамку ветру? Вядома, відавочна, што гэта адбываецца з дапамогай вусікаў. Каб пераканацца ў гэтым, навукоўцы правялі тэсты ў памяшканні пры пастаянным патоку паветра (3 м / с) з удзелам дзвюх груп жукоў - з вусікамі і без іх.3A).
Выява №3
У якасці асноўнага крытэра дакладнасці арыентавання выступіла змена азімуце паміж двума заходамі пры змене кірунку патоку паветра на 180 °.
Змена кірунку руху жукоў з вусікамі было згрупавана каля 180°, у адрозненне ад жукоў без вусікаў. Акрамя таго, сярэдняя абсалютная змена азімуце ў жукоў без вусікаў склала 104,4 ± 36,0 °, што моцна адрозніваецца ад абсалютнай змены ў жукоў з вусікамі - 141,0 ± 45,0 ° (графік на 3В). Гэта значыць жукі без вусікаў не маглі нармальна арыентавацца па ветры. Аднак яны ўсё яшчэ добра арыентаваліся па сонцы.
На малюнку 3А паказана ўстаноўка тэсту для праверкі здольнасці жукоў камбінаваць інфармацыю з розных сэнсарных мадальнасцяў для карэкціроўкі свайго маршруту. Для гэтага ў цесцю прысутнічалі абодва арыенціра (вецер + сонца) падчас першага заходу альбо толькі адзін арыенцір (сонца ці вецер) падчас другога. Такім чынам параўноўвалася мультымадальнасць і ўнімадальнасць.
Назіранні паказалі, што змены напрамку руху жукоў пасля пераходу ад мульты- да ўнімадальнага арыенціра было сканцэнтравана вакол 0°: толькі вецер: −8,2 ± 64,3°; толькі сонца: 16,5 ± 51,6° (графікі ў цэнтры і справа на 3C).
Такая характарыстыка арыентавання не адрознівалася ад той, якая была атрымана пры наяўнасці двух (сонца + вецер) арыенціраў (графік злева на 3С).
Гэта сведчыць аб тым, што ў кантралюемых умовах жук можа выкарыстоўваць адзін арыенцір, калі другі не дае дастатковай інфармацыі, гэта значыць кампенсаваць недакладнасць аднаго арыенціру другім.
Калі вы думаеце, што вучоныя на гэтым спыніліся, то гэта не так. Далей патрабавалася праверыць наколькі добра жукі захоўваюць інфармацыю аб адным з арыенціраў, і ці выкарыстоўваюць яны яе ў будучыні ў якасці дадатку. Для гэтага было праведзена 4 заходы: у першым быў 1 арыенцір (сонца), у другім і трэцім быў дададзены паветраны паток, а падчас чацвёртага быў толькі паветраны паток. Таксама быў праведзены тэст, дзе арыенціры былі ў зваротным парадку: вецер, сонца+вецер, сонца+вецер, сонца.
Папярэдняя тэорыя складаецца ў тым, што калі жукі могуць захоўваць інфармацыю аб абодвух арыенцірах у адной і той жа вобласці прасторавай памяці ў мозгу, то яны павінны захоўваць аднолькавы кірунак у першым і чацвёртым заходах, г.зн. змены ў напрамку руху павінны групавацца каля 0 °.
Выява №4
Сабраныя дадзеныя па змене азімуце падчас першага і чацвёртага заходаў пацвердзілі вышэйапісанае здагадка (4А), якое дадаткова было пацверджана і з дапамогай мадэлявання, вынікі якога намаляваны на графіцы 4С (злева).
У якасці дадатковай праверкі былі праведзены тэсты, дзе паветраны паток быў заменены на пляму ультрафіялету (4B і 4С справа). Вынікі былі практычна ідэнтычныя вынікам тэстаў з ужываннем сонца і паветранага струменя.
Для больш дэталёвага азнаямлення з нюансамі даследавання рэкамендую зазірнуць у и да яго.
Эпілог
Сукупнасць вынікаў эксперыментаў як у натуральным асяроддзі, так і ў кантраляванай паказала, што ў жукоў-гнаявік глядзельная і механасэнсорная інфармацыя сыходзяцца ў агульнай нейронавай сеткі і захоўваюцца ў выглядзе здымка мультымадальнага компаса. Параўнанне эфектыўнасці выкарыстання або сонца, або вятры ў якасці арыенціра паказала, што жукі больш выкарыстоўваю той арыенцір, які дае ім больш інфармацыі. Другі ж прымяняецца як запасны або дапаўняльны.
Гэта можа здацца вельмі звычайнай справай для нас, але не варта забываць, што і мозг у нас нашмат больш, чым у маленькага жучка. Але, як мы зразумелі, нават самыя маленькія стварэнні здольныя на складаныя разумовыя працэсы, бо ва ўмовах дзікай прыроды тваё выжыванне залежыць альбо ад сілы, альбо ад розуму, а найчасцей ад камбінацыі абодвух.
Пятнічны оф-топ:
За здабычу б'юцца нават жукі. І ўсё роўна, што здабыча гэта шарык гною.
(BBC Earth, Дэвід Атэнбора)
Дзякую за ўвагу, заставайцеся цікаўнымі і выдатных усіх выходных, хлопцы! 🙂
Дзякуй, што застаяцеся з намі. Вам падабаюцца нашыя артыкулы? Жадаеце бачыць больш цікавых матэрыялаў? Падтрымайце нас аформіўшы замову або парэкамендаваўшы знаёмым, 30% зніжка для карыстальнікаў Хабра на ўнікальны аналаг entry-level сервераў, які быў прыдуманы намі для Вас: (даступныя варыянты з RAID1 і RAID10, да 24 ядраў і да 40GB DDR4).
Dell R730xd у 2 разы танней? Толькі ў нас у Нідэрландах! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB – ад $99! Чытайце аб тым
Крыніца: habr.com